 |
Colonization-naturalization ability of alien aquatic plants and trait based-assembly of their communities
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
127939 |
| Type |
FK |
| Principal investigator |
Lukács, Balázs András |
| Title in Hungarian |
Növényi inváziót érintő kérdések ökológiai vizsgálata felszíni vizekben |
| Title in English |
Colonization-naturalization ability of alien aquatic plants and trait based-assembly of their communities |
| Keywords in Hungarian |
idegenhonos növények, növényi jellegek, folyók, tavak |
| Keywords in English |
alien plants, traits, freshwaters |
| Discipline |
| Community ecology, systems ecology, ecosystem services (Council of Complex Environmental Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Plant propagation | | Hydrobiology, ecological status assessment, applied ecology (Council of Complex Environmental Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Hydrobiology |
|
| Panel |
Ecology and evolution 1 |
| Department or equivalent |
Institute for Aquatic Ecology, Centre for Ecological Research, Hungarian Academy of Sciences (Centre for Ecological Research) |
| Participants |
Borics, Gábor
Botta-Dukát, Zoltán
Király, Gergely
Koleszár, Gergő
Löki, Viktor
Löki, Viktor
Löki, Viktor
Molnár V., Attila
Sramkó, Gábor
Szabó, Sándor
|
| Starting date |
2018-09-01 |
| Closing date |
2023-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
33.600 |
| FTE (full time equivalent) |
10.58 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A felszíni vizek jelentős ökoszisztéma szolgáltatásokat képviselnek, amelyet elsősorban az eutrofizálódás és a biológiai inváziók veszélyeztetnek. A biológiai invázió során a fajoknak környezeti, földrajzi, szaporodási és terjedési akadályokat kell leküzdeniük. A kutatási projektünk fő célja, hogy feltárjuk milyen környezeti és biológiai mechanizmusok irányítják az idegenhonos növényfajok felszíni vizekben való megtelepedését és meghonosodását. Az invázió fázisaihoz kapcsolódóan számos kutatási kérdést tervezünk megválaszolni. Általános kérdéseink, hogy az idegenhonos fajok sikerességét mennyire lehet magyarázni a niche, a diszperziós vagy filogenetikai modellekkel, hipotézisekkel.
A megtelepedési fázishoz kapcsolódóan vizsgáljuk, hogy milyen környezeti és klimatikus faktorok segítik az idegenhonos növényfajoknak a hazai felszíni vizekben való megjelenését? Eltér-e a honos és idegenhonos fajok magjainak terjedőképessége? Kiemelten vizsgáljuk Darwin ’naturalizációs’ hipotézisét, vagyis mennyire befolyásolja a megtelepedés és meghonosodás sikerességét az adott közösségben található őshonos és idegenhonos fajok közötti filogenetikai rokonság mértéke? A meghonosodási fázishoz kapcsolódóan vizsgáljuk, hogy az idegenhonos fajok hogyan alakítják át a közösségek szerkezetét, milyen jellegek teszik őket kompetitíve sikeressé. Utóbbi kérdéseket növényi jellegek mérésével tervezzük megvizsgálni, ahol a fény, tápanyag és hőmérséklet faktorok együttes hatását vizsgáljuk a fajok fitneszére.
A feltett kutatási kérdéseket adatbázisokból kigyűjthető, valamint terepi és mikrokozmosz kísérletek során gyűjtött adatok elemzéséből tervezzük megválaszolni.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A klímaváltozás, a vizek eutrofizálódása és (túl)használata során a fajösszetételben jól ismert változások történnek. A hazai vizeket érő biológiai invázió mértékéről a terresztris élőhelyekhez képest igen kevés információval rendelkezünk. Sem a fajok számával, sem az idegenhonos fajok megtelepedését segítő, azt befolyásoló környezeti tényezők szerepével nem vagyunk tisztában. Feltételezzük, hogy nagy léptékben a levegő és víz magasabb hőmérséklete, és a vizek eutrofizálódása segíti az idegenhonos fajok megtelepedését. Feltételezzük, hogy az inváziós fajok nagyobb fenotipikus plaszticitással bírnak ezen környezeti és klimatikus tényezőkkel szemben. Jelentős különbségeket várunk a közel rokon honos és idegenhonos fajok magjainak terjedőképességében, és a növényi jellegekben mérhető fenotipikus plaszticitás mértékében.
Fő kutatási kérdéseink a következők:
1. A környezeti változók, a klíma vagy a talaj paraméterek segítik az idegenhonos makrofitonok megtelepedését a Pannon Ökorégió léptékében?
2. Mennyire befolyásolj az idegenhonos és őshonos fajok közötti filogenetikai távolság az invázió sikerességét?
3. A klímaváltozás milyen hatással lesz az idegenhonos makrofiton fajok elterjedésére?
4. Hatékonyabban képesek e az idegenhonos fajok nagy távolságban terjedni mint a közel rokon őshonos rokonaik?
5. Milyen hatással vannak az idegenhonos makrofitonok az őshonos fajok közösségszerkezetére?
6. Mennyire tér el az idegenhonos makrofiton állományok funkcionális diverzitása és redundanciája valamint a filogenetikai és faji diverzitása az őshonos állományokétól?
7. Milyen fenotípusos plaszticitással rendelkeznek az idegenhonos makrofiton fajok?
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Kutatásunk alapkutatás, számos kapcsolódási lehetőséggel a gyakorlati természetvédelem és vízgazdálkodás felé. Az idegenhonos és inváziós fajok jelentős negatív hatással vannak a felszíni vizek ökológiai állapotára és ökoszisztéma szolgáltatásaira (pl. halászat, öntözés, turizmus, sport). A tervezett mikrokozmosz kísérletek a fontosabb fajok tápanyag, fény és hőmérséklet faktoroknak a közelrokon honos és idegenhonos fajok fenotípusos plaszticitására szolgáltat majd új ismereteket. A terepi kísérletek a fajok terjedőképességét és az idegenhonos fajoknak a honos fajok közösségeinek szerveződésére gyakorolt hatásit vizsgálja. Az adatbázis alapú elemzések a környezeti változók nagyléptékű hatásait vizsgálja. Mindezen adatok segítségével modellezni tudjuk majd, hogy milyen környezeti és klimatikus faktorok segítik az idegenhonos fajok megtelepedését, milyen fajok, milyen környezeti tényezők segítségével képesek megtelepedni és inváziós fajjá válni. Így képesek leszünk modellezni az ismert klímaszcenáriókat, előre jelezni a felszíni vizek jövőbeni ökológiai állapotát, megbecsülni, hogy az idegenhonos fajok hogyan alakítják át a fajközösséget, milyen hatással lesznek az ökoszisztéma szolgáltatások rendszerére.
Az idegenhonos-inváziós makrofitonokkal Európában több kutatócsoport is végez kutatásokat, ugyanakkor a csoport kutatottsága messze elmarad a szárazföldi fajokéhoz képest. Az inváziós makrofitonok ökológiájáról 2015-ben megjelent összefoglaló mű pontosan elemzi milyen eredmények születtek eddig és hol vannak jelentős ismerethiányok. A fajok inváziós képessége és az élőhelyek fogadóképességének vizsgálata kulcskérdés ebben a kérdésben. A projekt ezeket a kérdéseket tervezi vizsgálni molekuláris és jelleg alapú megközelítések segítségével. A kérdések ilyen megközelítése nem terjedt el a vízi inváziós kutatásokban. Pedig a néhány esetben, amikor ezt megtették jelentős új eredmények születtek. A mi vizsgálataink nem ütköznek, hanem kiegészítik más kutatócsoportok munkáját. A hazai kutatók közül azok, akik az elmúlt tíz évbe foglalkoztak inváziós vízi növények kutatásával mind részt vesznek a pályázatban, így hazai szinten nem számolunk versenytársakkal.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A felszíni vizek a társadalom számára nemcsak ivóvizet, hanem nagyon sok fontos szolgáltatást is nyújtanak pl. horgászat, strand, vízisport, halászat, öntözés. Ezeket összefoglalóan ökoszisztéma szolgáltatásoknak hívjuk, és amit alapvetően két tényező veszélyeztet: a növényi tápanyagok felhalmozódása (eutrofizáció) és az idegenhonos fajok térhódítása. Ez a két tényező külön-külön és egymást segítve jelentősen rontja a felszíni vizek ökológiai állapotát és csökkenti a társadalmi használati értékét. Az idegenhonos fajok kutatása ennek a folyamatnak a megállításához vagy legalább lelassításához, és az ökoszisztéma szolgáltatások fenntartható használatához teremtik meg az elméleti alapot. A fajok elterjedési mintázatának valamint a környezeti és klimatikus adatoknak az összekapcsolása, a klímaszcenárió elemzések, a modern jelleg- és molekuláris alapú megközelítések segítenek megérteni a biológiai inváziók menetét és működését. A tervezett kutatási projektben, ilyen módszereket felhasználva tervezzük feltárni, hogy a hazai vizekben már megjelent, vagy várható idegenhonos növényfajok milyen biológiai jellemzőkkel bírnak, hogyan válaszolnak majd a klímaváltozásra, a környezeti tényezők változásaira, és hogyan tesznek szert kompetitív előnyre az őshonos fajokkal szemben. Ezen ismeretek birtokában gyorsabb és hatékonyabb intézkedések tervezhetőek, amelyek segítségével hatékonyabban kontrollálható az idegenhonos fajok terjedése.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Surface waters provide significant ecosystem services, which are threatened mostly by eutrophication and biological invasion. The process of invasion can be separated into several phases, where species have to overcome environmental, geographic, reproductive and dispersal barriers. The main phases are colonization, naturalization and dispersion. The main aim of our project is to investigate what kind of environmental and biological factors drive the colonization and naturalization of alien macrophytes in the surface waters of the Pannonian Ecoregion. We asked several questions regarding the main phases of invasion, which are important questions not just in the Pannonian Ecoregion. In general, we quest rules in the successes of alien macrophytes through niche-based, dispersion and phylogenetical models and hypothesis.
Regarding the phase of colonisation we plan to investigate which environmental and climatic factors promote alien macrophytes colonisation? Do alien and native macrophytes have different dispersion ability? Can we apply Darwin’s naturalisation hypotheses to macrophyte invasion, i.e. how the phylogenetic relatedness of native and alien macrophyte affect the success of colonization and naturalisation processes? Furthermore we quest rules in the assembly mechanism of native and alien macrophyte communities through a trait-based approach. We propose to investigate the phenotypic response of congeneric alien and native macrophytes to light, temperature and nutrient factors. To answer the project questions and hypothesis we plan to organise field sampling, microcosm experiments and database analyses.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Climate change, eutrophication and overuse of waters have well known effects on species composition of surface waters. However, compared to its terrestrial counterpart we have lack of information about the rate and effect of alien species invasion on freshwater ecosystems in the Pannonian Ecoregion. We have lack of knowledge how environmental variables affect alien species dispersion and colonisation process. We suggest that higher temperature and water eutrophication drive the colonisation success of alien macrophytes in large scale, and suggest significantly different environmental response between native and alien congeners. We suggest more effective long-distance dispersion for alien macrophytes, and wider phenotypic plasticity against nutrient, light and temperature factors.
The major question of our study is:
1. Environmental variables, climate or soil variables are responsible for the colonization of alien aquatic plants in the scale of Pannonian Ecoregion?
2. How phylogenetic relatedness determine alien species appearance and abundance?
3. How macroclimatic conditions affect distribution and naturalization of alien aquatic and helophyte species?
4. Are there any differences in long distance dispersal capability between alien and native congeneric aquatic plants?
5. How alien species affect community assembly and alter ecosystem functioning (i.e. biomass production)?
6. How alien and native communities differ in its functional diversity, redundancy, phylogenetic diversity and species diversity?
7. What is the extent of phenotypic plasticity against the environmental variables among the most abundant alien macrophyte species in the Pannonian Ecoregion?
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Our project is a set of fundamental research questions on alien macrophytes. Alien and invasive macrophytes are considered as one of the major threat on surface waters biodiversity, ecological status and ecosystem services (e.g. fishing, tourism, irrigation). The main aim of our project is to find general rules that drive alien macrophytes colonization and naturalization ability in the Pannonian Ecoregion. Our project propose microcosm experiments that will provide detailed knowledge how light, temperature and nutrients affect the phenotypic plasticity of congeneric native and alien macrophytes. We plan field sampling to investigate the effect of alien macrophytes on native species community assembly, and to study its long term dispersion ability. Grid-based alien aquatic plant data will be used to investigate the environmental, and climatic response of alien species distribution and abundance in the Pannon Ecoregion. Our results will be used to model how climate change and eutrophication will effect alien macrophyte abundance in the Pannon Ecoregion.
Several research group do alien macrophyte studies in Europe and Worldwide. However, in general we still have significant knowledge gaps about its ecology compared to its terrestrial counterparts. A detailed reviews published in 2015 assess the knowledge about alien macrophyte ecology and set up those issues that need further clarification or investigation. Studies on species invasion ability and community invasibility are one of the most promising areas of research. Our project aims to study questions of colonization and naturalization using molecular techniques and trait based approaches. Such approaches have never rarely been applied in macrophyte invasion ecology. The proposed researches does not contrary to any others work, indeed, its complement their results. We incorporate everybody into the project who dealt with invasive macrophyte species in Hungary in the last decades. Therefore we do not expect with competitors in Hungary.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Surface waters give not only drinking waters but provide important ecosystem services like fishing, angling, tourism, sport and irrigation. These services are mostly threatened by eutrophication and alien species invasion. These threatening factors can decrease separately and jointly the ecological status of surface waters and its overall value in use. Research on alien invasive species can provide the theoretical fundamentals and the methodological knowledge to hold or slow down these processes and maintain ecosystem services. Connecting species distribution maps with environmental and climatic data, climate scenario analyses, trait-based and molecular techniques can help us to understand the mechanism of biological invasion. The proposed project going to use these techniques to investigate what kind of traits the alien macrophytes have, how climate change and the eutrophication of surface waters will promote alien macrophyte invasion, how alien macrophytes can gain competitive advantage over native species. Such knowledge will increase our ability to make quick and more effective assessments and measures by which we can control the dispersion of alien macrophytes more efficiently.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Lovas-Kiss Á., Navarro M.J., Vincze O., Löki V., Urgyán R., Pallér-Kapusi F., van Leeuwen C., Green A.J. & Lukács B.A.: Alien advantage in endozoochorous seed dispersal of aquatic plants, FRESHWATER BIOLOGY, 2023 | | Koleszár G., Szabó S., Kékedi L., Löki V., Botta-Dukát Z. & Lukács B.A: Intraspecific trait variability is relevant in assessing differences in functional composition between native and alien aquatic plant communities, HYDROBIOLOGIA, 2023 | | Botta-Dukát Z., Bartha D., Lukács B.A. & Pinke Gy: Adaptation of life-form categorization of Ellenberg and Müller-Dombois to the Hungarian flora, ACTA BOTANICA HUNGARICA, 2023 | | Lukács, B.A., E-Vojtkó, A., Erős, T., Molnár V, A., Szabó, S. & Götzenberger, L.: Carbon forms, nutrients and water velocity filter hydrophyte and riverbank species differently: A trait‐based study., Journal of Vegetation Science 30: 471–484., 2019 | | Szabó, S., Peeters, E., Várbíró, G., Borics, G. & Lukács, B.A.: Phenotypic plasticity as a clue for the invasion success of the submerged aquatic plant Elodea nuttallii., Plant Biology 21: 54–63., 2019 | | Lukács B.A, Molnár V.A., Mászáros A., Lovas-Kiss Á., Vincze O., Süveges K., Fekete R. &. Mesterházy A.: The decline and recovery of populations of Potamogeton coloratus in Hungary., PRESLIA 92: 73–86, 2020 | | Szabó S., Peeters ETHM, Borics G., Veres Sz., Nagy P.T., Lukács B.A.: The ecophysiological response of two invasive submerged plants to light and nitrogen, FRONTIERS IN PLANT SCIENCE, 2020 | | Lovas-Kiss Á., Vincze O., Löki V., Pallér-Kapusi F., Halasi-Kovács B., Kovács G., Green A.J. & Lukács B.A.: Experimental evidence of dispersal of invasive cyprinid eggs inside migratory waterfowl., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 2020 | | Botta-Dukát, Z. & Lukács, B.A.: Optimal pooling of data for the reliable estimation of trait probability distributions (TPDs), Global Ecology and Biogeography 30 (6), 1344-1352, 2021 | | Koleszár G., Lukács B.A., Nagy P.T., Szabó S.: Shade tolerance as a key trait in invasion success of submerged macrophytes, ECOLOGY & EVOLUTION 12: e9306, 2022 | | Almeida B.A., Lukács B.A., Lovas-Kiss Á., Reynolds C. & Green AJ.: Functional traits drive dispersal interactions between European waterfowl and seeds, FRONTIERS IN PLANT SCIENCE 12: 795288., 2022 | | Sonkoly J., Tóth E., Balogh N., Balogh L., Bartha D., Bata K., Bátori Z., Békefi N., Botta-Dukát Z*., Bölöni J., Csecserits A., Csiky J., Csontos P., Dancza I., Deák B., Dobolyi K.Z., E-Vojtkó A., Gyulai F., Hábenczyus A.A., Henn T., Horváth F., Höhn M., Jakab G., Kelemen A., Király G., Kis Sz., Kovacsics-Vári G., Kun A., Lehoczky É., Lengyel A., Lhotsky B., Löki V.*, Lukács B.A.*, Matus G., McIntosh-Buday A., Mesterházy A., Miglécz T., Molnár V.A.*, Molnár Zs., Morschhauser T., Papp L., Pósa P., Rédei T., Schmidt D., Szmorad F., Takács A., Tamás J., Tiborcz V., Tölgyesi C., Tóth K., Tóthmérész B., Valkó O., Virók V., Wirth T. & Török P.: The Pannonian database of plant traits, SCIENTIFIC DATA (Accepted), 2023 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
